地質

國際大陸科學鑽探計畫(ICDP)【上】

國際大陸科學鑽探計畫(ICDP)【上】
國立蘭陽女子高級中學地球科學科李協長老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

若是要了解地下的地質狀況,鑽井探測是最直接的方法。除了廣泛的應用在石油探勘、地下水及土木工程鑽探之外,學術界也常進行大規模的科學鑽探計畫。因為從地殼鑽探所取得的岩石標本,記錄了長久以來地殼演變的物理及化學過程,因此可以應用在全球氣候變遷、板塊構造運動、礦產資源探勘、地震斷層研究及火山噴發等問題。而鑽井時必須根據不同的研究目的來挑選適當的鑽井地點,在進行鑽探之前,要先進行地表地質調查和地球物理探勘,儘可能蒐集相關的地質資料,以決定井位,並擬訂完善的鑽探計畫(包括套管計劃、鑽進計畫、費用、風險等)。依照鑽井位置的不同,鑽井設備亦不相同,可分成大陸鑽探及深海鑽探兩種,本文則是聚焦於大陸鑽探這部份。

貝諾古騰堡(Beno Gutenberg):古氏不連續面發現者的故事(下)

貝諾古騰堡(Beno Gutenberg):古氏不連續面發現者的故事(下)
國立蘭陽女子高級中學地球科學科李協長老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

機會終於來了,1929年,古騰堡到美國加州的帕薩迪納(Pasadena)參加會議,討論成立一個地震實驗室(這個地震實驗室是由華盛頓卡內基學會贊助,後來在1936年併入加州理工學院,由伍德(Wood)主持,伍德於1947年因病退休後,就由古騰堡繼任直到1958年退休),古騰堡留了下來,並在1930年成為加州理工學院的地球物理學教授。(還好他先到了美國,不然再稍後幾年,德國開始迫害猶太人時,也要被迫流亡,塞翁失馬,焉知非福?)

在加州理工學院期間,古騰堡再創研究事業高峰,從此地震學的研究中心就由德國轉到美國,他和同事芮克特(Richter)發表了一系列研究論文和幾本重要的書,如《地球的地震活動》(Seismicity of the Earth),該書對50年代以前全球地震活動的空間分布作了詳盡的討論﹐是近代地震學的經典著作之一。1959年出版了他晚年撰寫的《地球內部物理學》(Physics of the Earth’s Interior),該書對當時的地球物理學研究作了簡要總結。

貝諾古騰堡(Beno Gutenberg):古氏不連續面發現者的故事(上)

貝諾古騰堡(Beno Gutenberg):古氏不連續面發現者的故事(上)
國立蘭陽女子高級中學地球科學科李協長老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

貝諾古騰堡,許多人認為他是近代地球物理的奠基者。1889.6.4古騰堡誕生於德國的達姆施塔特(Darmstadt),從小他就熱愛科學,並對氣象學等發生興趣。1907年古騰堡先在其家鄉的一所技術學院(Technische Hochschule)就讀,一年之後就轉到哥廷根大學,並於1911年得到地球物理博士學位,論文的主題是關於微震,其指導老師是有名的Emil Wiechert(埃米爾 維舍特)。

英奇雷曼(Inge Lehmann):地球內核發現者的故事(下)

英奇雷曼(Inge Lehmann):地球內核發現者的故事(下)
國立蘭陽女子高級中學地球科學科李協長老師/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

英奇雷曼(Inge Lehmann):地球內核發現者的故事(上)

雷曼是丹麥地球物理學會的創建者之一,並於1941至1944年擔任主席。她幫助建立歐洲地震聯盟 (European Seismological Federation),且於1950年被選為第一任主席。雷曼多次參加IUGG(International Union of Geodesy and Geophysics, 國際大地測量學與地球物理學協會)的會議,並在1936-1944、1951-1954、1957-1960期間擔任ISA(International Seismological Association, 國際地震協會)的執行委員。她熱衷參加國際科學組織,也到許多國家旅行、研究。

英奇雷曼(Inge Lehmann):地球內核發現者的故事(上)

英奇雷曼 (Inge Lehmann):地球內核發現者的故事(上)
國立蘭陽女子高級中學地球科學科李協長老師/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

英奇雷曼於1888年5月13日出生在丹麥根本哈根的Østerbro。她的父親Alfred G. L. Lehmann (1858-1921)是一個實驗心理學家,非常重視女兒的教育,讓她就讀一所教學先進且男女兼收的高中。這是丹麥第一所男女同校的高中,校長是Hanna Adler,她的姪子就是大名鼎鼎的波爾(Niels Bohr,提出氫原子模型,創立哥本哈根學派,量子力學的奠基者之一)。

多年後雷曼寫道:「在這學校受教育時,讓我覺得男孩與女孩的智力是沒有什麼差別的,且女性的能力是被認可的;但是,在往後的生活中我則充滿失望和挫折,因為我發現一般人可不這樣想。」。身為一位女性的科學家,在以男性為主的科學界所遭受的不公平待遇,讓她憤慨不已,對此她曾向她的外甥Niels Groes說過:「你應該知道我必須跟多少不夠格的男人競爭,但結局總是白費心力。」

看誰跑得遠?探究為何有些熔岩(Lava)流動特別快且遠?

看誰跑得遠?探究為何有些熔岩(Lava)流動特別快且遠?
台灣師範大學科學教育研究所楊淇碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

問學生為什麼有些火山爆發出來的岩漿,可以流動好幾公里,為什麼有些又會形成近似圓頂的熔岩,而流動不好呢?教師可以嘗試利用圖片去模擬火山爆發的熔岩流動來刺激討論。學生可以利用黏性的液體,像是糖蜜來代替熔岩,藉此探究控制熔岩黏性(與岩漿的黏度有關)是由哪些因子造成。在課堂中展示三個相同的乾淨玻璃瓶或塑膠瓶,類似空的飲料罐子也可以,在每個瓶子中都加入少量相同的黏性液體,問學生他們要如何控制瓶中的液體跑得更快或減慢?相關的建議可能會有:改變液體溫度;加入一些固體顆粒,像是沙子…等;用吸管吹入氣體。透過實驗來證明學生的點子,如果他們想要測試溫度是影響流動速率快慢的因子,我們可以把容器沉浸於一系列不同溫度的水中來檢測。觀察黏性的比較,我們可以將容器同時間倒置,觀察液體漸漸擴散流動的情形,看看哪個瓶子內的液體最快流到瓶頸的末端。接著詢問學生何種岩漿是由何種火山所爆發流出,透過圖片的比較,幫助學生理解火山形狀接近比較陡峭的圓錐體,熔岩比較黏,流動較慢;較淺且平坦的火山,熔岩可以流動的比較快。

地震(Earthquake)的成因與分佈

地震(Earthquake)的成因與分佈
臺北市立復興高級中學地球科學科鄧亦翔教師/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

一、成因:
1. 岩層受到外力而產生形變,最終因無法承受外力而產生斷裂,斷裂時釋出累積的能量,形成震波向外擴散。(彈性反跳理論)
2. 火山爆發或隕石撞擊也會造成規模不等的地震。

3. 人工地下核子試爆,或以重物撞擊地面,產生人工地震。
二、 岩石受外力之影響:
1. 褶皺:岩石受外力作用,產成形變並未斷裂。
2. 節理:岩石受外力作用,產生斷裂但並未產生位移。
3. 斷層:岩石受外力作用,產生斷裂並且產生相對位移。

火山災害(The Disaster of Volcano)

火山災害(The Disaster of Volcano)
臺北市立南湖高級中學董家莒教師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

全球大多數的火山發生在板塊交界帶附近,地下深處的岩漿沿著地層裂隙上升而噴出地表,即為火山爆發。當岩漿的黏滯性較大時,較不容易流動,所含的氣體也不容易散發,累積至足夠的壓力時,就會形成爆炸式的噴發,火山地形近似於錐狀,例如陽明山國家公園的七星山;岩漿的黏滯性較小時,較容易流動,氣體也較容易逸散,噴發的過程較溫和,稱為寧靜式噴發,常形成盾狀火山或熔岩臺地,例如澎湖群島的玄武岩地形。

板塊構造學說

板塊構造學說 (Plate Tectonics)
臺北市立復興高中地球科學教師鄧亦翔/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

一、 依據:綜合大陸漂移和海底擴張學說,並加以地震分布資料,於1968年提出。

二、 學說內容:板塊是較堅硬的固體岩層(岩石圈),漂浮在具有流動性的軟流圈上,軟流圈的熱對流造成了岩石圈的漂移。

也造成了2億5千萬年前盤古大陸的移動,至今演變成七大板塊。板塊不等於地殼,板塊厚度約100公里,地殼則最深到70公里,板塊包含了地殼及部分的地函。

台灣附近的板塊(Plate)構造

台灣附近的板塊(Plate)構造
台北市立復興高級中學地球科學科鄧亦翔教師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

一、位置:台灣位於菲律賓海板塊與歐亞板塊的交界
二、板塊構造狀況:
菲律賓海板塊與歐亞板塊有2個交界面,一者是花東縱谷,此處交界面為歐亞板塊隱沒至菲律賓海板塊之下(例外)。另一交界面是琉球海溝附近,此處的交界面為菲律賓海板塊隱沒至歐亞板塊之下。

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